汽轮机设备及运行——汽轮机的运行.ppt

《汽轮机设备及运行》课件(8)
8 汽轮机的运行
单元机组的启动是指将机组由静止状态转变为运行状态的过程,包括锅炉点火、升温升压,汽轮机冲转升速、暖机、并网带初负荷直到带至额定负荷的全过程,单元机组的启动过程实质上是一个对设备进行加热升温的过程。
单元机组的停运是指机组从带负荷运行到减去全部负荷,直至发电机与电网解列,汽轮机打闸,锅炉灭火,汽轮发电机组惰走停转及盘车,锅炉降压和机炉冷却的全过程。单元机组的停机过程实质上是一个对设备进行冷却降温的过程。
第一节汽轮机的热状态
在机组启、停过程中,锅炉和汽轮机中工质的温度、压力不断变化,是一个不稳定的过程,使机、炉各部件产生热膨胀、热变形和热应力,严重时造成锅炉部分受热面超温,汽轮机转子和汽缸之间动静间隙缩小,甚至产生摩擦。实践证明,一些对设备最危险、最不利的工况往往出现在启停过程中。
所谓合理的启停方式就是寻求合理的加热或降温的方式,使启停过程中机组各部件的热膨胀、热应力、热变形、锅炉受热面的温差、汽轮机转子与汽缸的胀差和转动部件的振动均维持在较好的水平上。
热膨胀:金属材料受热后体积增大。
热变形:金属材料由于温度变化引起的变形。
热应力:金属材料的热变形受到约束而在其内部产生的应力。
塑性变形:金属在超过屈服极限的应力作用下产生的永久变形。
金属疲劳:金属材料在交变应力长期作用下发生断裂破坏。
启停过程中锅炉的热状态
(1)锅炉汽包的温差和热应力
上水过程
汽包内壁温度高于外壁温度,下壁温度高于上壁温度,温差产生的热应力使汽包内侧和下半部受到压缩,外侧和上半部受到拉伸。压缩部位产生压缩热应力,拉伸部位产生拉伸热应力,且温差愈大,所产生的热应力也愈大,应限制上水温度和速度。
升压过程
汽包上壁温度高于下壁温度,形成上高下低的温差,产生热应力。随着压力的升高,温差加大,热应力也随之加大,在汽包上半部产生压缩热应力,而下半部则产生拉伸热应力,使汽包产生拱背变形,严重时会损坏汽包,应限制升压速度,并促进汽包与水冷壁间的水循环(加热下联箱或加强放水)。
停炉过程
上壁温度大于下壁温度,形成温差,产生热应力,且降压速度越快,产生的温差和热应力越大。
(2)锅炉水冷壁的温差和热应力
外壁温度高于内壁温度,外壁承受压缩应力,内壁承受拉伸应力。水冷壁管内外壁温差与壁厚成正比,管壁越厚温差越大,产生的热应力也越大。
对于多次强制循环锅炉,水冷壁中水流分布均匀,水冷壁管之间的温差很小。
对采用螺旋管圈水冷壁的直流炉,管内质量流速能保证,因而可防止膜态沸腾。水冷壁温度分布均匀,温差较小,热膨胀舒畅,故可快速启动,缩短启动时间。
(3)锅炉过热器的温差和热应力
在锅炉蒸发量小于10%额定值时,必须限制过热器入口烟温。控制烟温的方法主要是限制燃烧率(控制燃料)或调整火焰中心的位置(控制炉膛出口温度)。
随着压力的升高,可逐渐提高烟温,同时必须限制出口蒸汽温度。过热器出口汽温主要取决于当时锅炉的燃烧率及汽轮机启动加热状态,也与炉内火焰中心位置和过量空气系数有关。
(4)锅炉再热器的温差和热应力
启动过程中,再热器的安全主要与旁路系统的型式、受热面所处的烟气温度、启动方式(主要指汽轮机冲转的蒸汽参数)以及再热器所用的钢材性能有关。
(5)锅炉省煤器的温差和热应力
在停止给水时,省煤器内局部的水可能汽化,容易形成较大的热应力;省煤器间断上水的过程中,省煤器内的水温间断地变化,使管壁金属产生交变热应力,导致金属和焊缝产生疲劳。一般通过汽包与省煤器下联箱之间的再循环管冷却省煤器。
对于多次强制循环锅炉,在点火升压期间依靠炉水循环泵对省煤器进行强迫循环,省煤器内的水温和热应力波动较小。
启停过程中汽轮机的热状态
(一) 汽轮机的热膨胀
汽轮机在启停和工况变动时,各部件金属温度都将发生变化,产生热膨胀。为保证汽轮机汽缸和转子之间有足够的间隙,必须对其绝对热膨胀和相对热膨胀进行分析研究。
(1)汽缸和转子的绝对热膨胀
汽轮机启停和工况变化时,汽缸和转子的膨胀、收缩是否自由,直接决定机组能否正常运行。
汽缸和转子绝对热膨胀的数值取决于汽缸和转子的长度、材质和汽轮机的热力过程,通常设有法兰加热装置。
此外,还要防止汽缸左右两侧膨胀不均匀,造成汽缸和转子卡涩和动静部分的磨损。
汽轮机正常运行时,沿轴向各级金属温度的分布具有一定规律,可以测出调节级处汽缸或法兰的金属温度与汽缸自由膨胀的对应关系,以便于运行监督。
(2)汽缸和转子的相对热膨胀
汽轮机启停和工况变化时,转子随蒸汽温度变化而产生的膨胀或收缩与汽缸相比更为迅速,二者沿轴向绝对热膨胀的差值,称为转子与汽缸的相对热膨胀差,简称胀差。
正胀差——转子轴向热膨胀值大